抗结核生物陶瓷仿生人工椎体的构建及其生物学特性研究

根据人体椎体的结构特点，利用仿生学原理构建β-磷酸三钙复合陶瓷人工椎体，其外层由致密结构与微孔结构的陶瓷相间而成，具有较高的机械强度，能够在椎体的缺损部位产生支撑作用，并利用微孔对抗结核药物起到缓释作用；其中心为适合于细胞粘附与增殖的多孔结构和抗结核药物的贮存空间，复合骨髓基质干细胞后利用灌注型生物反应器在体外构建活性人工椎体。通过生物力学检测、体外药物缓释实验优化抗结核生物陶瓷仿生人工椎体的结构，通过动物实验观察其修复大块椎体缺损、材料降解及体内抗结核药物缓释的效果，使仿生人工椎体具有支撑、骨修复与抗结核三重作用，为脊柱结核的外科治疗提供新的手段。

本项目旨在构建一种具有支撑、骨修复和抗结核三重作用的仿生人工椎体，为脊柱结核的外科治疗提供新的手段。课题组经过3年的研究工作，成功制作了一种既能控制药物释放，又能使细胞长入，同时具有优良力学性能的仿生人工椎体。该仿生人工椎体主要由含微孔的致密控释体、多孔结构区域以及柱状增强体这3部分构成，其中多孔结构区域有适合细胞生长的孔径和孔内连接，可以构建组织工程支架；含微孔的致密控释体可以贮存药物，并能控释药物的释放速率；柱状增强体能够有效增强载体的力学强度。体外40周的药物缓释实验发现，利福平从仿生人工椎体的释放速率稳定且时间长久，40周累积释放率为19.38%，其日均释放量为157.1±35.9μg。随着实验时间的延长，仿生人工椎体的降解略有加快，其药物释放速率也随之少许增快。8周的兔体内药物缓释实验表明，该仿生人工椎体负载利福平后对肝肾无毒性作用，利福平在血液和局部组织内的药物浓度均大于文献报道的抑菌杀菌浓度，利福平在肝脏内浓度明显高于其他脏器。利用自行研制的生物反应器灌注复合骨髓间充质干细胞的仿生人工椎体，经过2周灌注培养，发现培养基中葡萄糖消耗量随培养时间推移逐渐增加，乳酸生成量逐渐增加。灌注培养的仿生人工椎体经塑料包埋、硬组织切片、吉姆萨染色后发现，在可控释增强型载体多孔结构区均能发现细胞附着，2周组明显多于1周组，细胞在多孔结构区域附着较均匀。